我們都知道應(yīng)用程序和網(wǎng)站的性能是他們成功的關(guān)鍵因素。但是，使您的應(yīng)用程序或網(wǎng)站表現(xiàn)更好的過程并不總是很清楚。代碼質(zhì)量和基礎(chǔ)架構(gòu)當(dāng)然至關(guān)重要，但在許多情況下，您可以通過專注于一些非常基本的應(yīng)用程序的交付技術(shù)，對應(yīng)用程序的最終用戶體驗進(jìn)行大量改進(jìn)。
其中一個例子是在應(yīng)用程序棧中實現(xiàn)和優(yōu)化緩存。在教程中介紹的技術(shù)可以幫助新手和高級用戶使用 Nginx 中包含的內(nèi)容緩存功能，從而獲得更好的性能。
概覽
內(nèi)容緩存位于客戶端和源服務(wù)器 (upstream) 之間，并保存它看到的所有內(nèi)容的副本。如果客戶端請求緩存已存儲的內(nèi)容，則它會直接返回內(nèi)容而不連接源服務(wù)器。這提高了性能，因為內(nèi)容緩存更靠近客戶端，并且更有效地使用應(yīng)用程序服務(wù)器，因為它們不必每次都從頭開始生成頁面。
Web 瀏覽器和應(yīng)用程序服務(wù)器之間可能存在多個緩存：客戶端的瀏覽器緩存，中間緩存，內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)（CDN）以及位于應(yīng)用程序服務(wù)器前面的負(fù)載平衡器或反向代理。即使在反向代理/負(fù)載均衡器級別，緩存也可以極大地提高性能。
這里舉一個例子，比如我的站點使用 Next.js 服務(wù)器端口渲染，由于服務(wù)器性能比較差，當(dāng)然 $5 的服務(wù)器，并不能期望好到那里去，能用就已經(jīng)非常了不起，能進(jìn)入這個局域網(wǎng)就好了，別期望太多。
每次打開頁面將近花費 7 秒左右，當(dāng)這其中包含網(wǎng)絡(luò)延遲，但當(dāng)我直接在服務(wù)器端(127.0.0.1) 發(fā)起請求時，時間接近 5 秒，然后再排除從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)時間，服務(wù)器端渲染時間用了 4.5 秒，實在太慢，此時我能想到最快解決問題答案就是緩存，但在那里加入緩存，從每一步時間看來，在 Nginx 加入緩存最快解決問題
Nginx 通常作為應(yīng)用程序堆棧中的反向代理或負(fù)載平衡器部署，并具有一整套緩存功能。下面我們將討論如何使用 Nginx 配置基本緩存。
如何設(shè)置和配置基本緩存
只需要兩個指令即可啟用基本緩存：proxy_cache_path 和 proxy_cache。
proxy_cache_path 指令設(shè)置緩存的路徑和配置，proxy_cache 用來指令激活它。
proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g
inactive=60m use_temp_path=off;
server {
# ...
location / {
proxy_cache my_cache;
proxy_pass http://my_upstream;
}
}
proxy_cache_path 指令的參數(shù)定義了以下設(shè)置：
緩存的本地磁盤目錄稱為 /path/to/cache/。
- levels 在/path/to/cache/ 下設(shè)置一個兩級目錄層次結(jié)構(gòu)。在單個目錄中包含大量文件會降低文件訪問速度，因此我們建議對大多數(shù)部署使用兩級目錄層次結(jié)構(gòu)。如果 levels 未包含該參數(shù)，Nginx 會將所有文件放在同一目錄中。
- keys_zone 設(shè)置共享內(nèi)存區(qū)域，用于存儲緩存鍵和元數(shù)據(jù)，例如使用計時器。擁有內(nèi)存中的密鑰副本，Nginx 可以快速確定請求是否是一個 HIT 或 MISS 不必轉(zhuǎn)到磁盤，從而大大加快了檢查速度。1 MB 區(qū)域可以存儲大約 8,000 個密鑰的數(shù)據(jù)，因此示例中配置的 10 MB 區(qū)域可以存儲大約 80,000 個密鑰的數(shù)據(jù)。
- max_size 設(shè)置緩存大小的上限（在本例中為 10 千兆字節(jié)）。它是可選的; 不指定值允許緩存增長以使用所有可用磁盤空間。當(dāng)緩存大小達(dá)到限制時，一個稱為緩存管理器的進(jìn)程將刪除最近最少使用的緩存，將大小恢復(fù)到限制之下的文件。
- inactive 指定項目在未被訪問的情況下可以保留在緩存中的時間長度。在此示例中，緩存管理器進(jìn)程會自動從緩存中刪除 60 分鐘未請求的文件，無論其是否已過期。默認(rèn)值為 10 分鐘（10m）。非活動內(nèi)容與過期內(nèi)容不同。Nginx 不會自動刪除緩存 header 定義為已過期內(nèi)容（例如 Cache-Control:max-age=120）。過期（陳舊）內(nèi)容僅在指定時間內(nèi)未被訪問時被刪除。訪問過期內(nèi)容時，Nginx 會從原始服務(wù)器刷新它并重置 inactive 計時器。
- Nginx 首先將發(fā)往高速緩存的文件寫入臨時存儲區(qū)域，use_temp_path=off 指令指示 NGINX 將它們寫入將被高速緩存的相同目錄。我們建議您將此參數(shù)設(shè)置 off 為避免在文件系統(tǒng)之間進(jìn)行不必要的數(shù)據(jù)復(fù)制。use_temp_path 在 Nginx 1.7.10 中引入。
最后，該 proxy_cache 指令激活與父 location 塊的 URL 匹配的所有內(nèi)容的緩存（在示例中為/）。您還可以在 server 塊中包含 proxy_cache 指令; 它適用于沒有自己的 location 指令的服務(wù)器的所有塊。
當(dāng)上游服務(wù)器關(guān)閉()時提供緩存內(nèi)容
Nginx 內(nèi)容緩存的一個強(qiáng)大功能是，Nginx 可以配置為在無法從原始服務(wù)器獲取新內(nèi)容時從緩存中提供已緩存的內(nèi)容。如果緩存資源的所有源服務(wù)器都已關(guān)閉或暫時占用，則會發(fā)生這種情況。
Nginx 不是將錯誤傳遞給客戶端，而是從緩存中提供文件的陳舊版本。這為 Nginx 代理的服務(wù)器提供了額外的容錯能力，并確保在服務(wù)器故障或流量高峰時的正常運行時間。要啟用此功能，請包含 proxy_cache_use_stale 指令：
location / {
# ...
proxy_cache_use_stale error timeout http_500 http_502 http_503 http_504;
}
使用此示例配置，如果 Nginx 從原始服務(wù)器收到一個 error，timeout 或任何指定的 5xx 錯誤，并且在其緩存中具有所請求文件的過時版本，則它會傳遞過時文件，而不是將錯誤轉(zhuǎn)發(fā)到客戶端。
如何提高緩存性能
Nginx 具有豐富的可選設(shè)置，可用于微調(diào)緩存的性能。這是一個激活其中一些的例子：
proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g
inactive=60m use_temp_path=off;
server {
# ...
location / {
proxy_cache my_cache;
proxy_cache_revalidate on;
proxy_cache_min_uses 3;
proxy_cache_use_stale error timeout updating http_500 http_502
http_503 http_504;
proxy_cache_background_update on;
proxy_cache_lock on;
proxy_pass http://my_upstream;
}
}
這些指令配置以下行為：
- proxy_cache_revalidate 指示 Nginx 在使用 GET 條件請求時，從源服務(wù)器刷新內(nèi)容。如果客戶端請求緩存但是由緩存控制頭定義的過期的內(nèi)容，則 Nginx將 If-Modified-Since 字段包含在 GET 請求的標(biāo)頭中將它發(fā)送到源服務(wù)器。因為服務(wù)器只有在 Nginx 最初緩存它時自附加到文件的標(biāo)題 Last-Modified 中記錄的時間以來修改了整個項目。
- proxy_cache_min_uses 設(shè)置客戶端在 Nginx 緩存之前必須請求多少次才被緩存。如果緩存不斷填滿，這將非常有用，因為它可確保只將最常訪問的項添加到緩存中。默認(rèn) proxy_cache_min_uses 設(shè)置為 1。
- 指令 updating 參數(shù) proxy_cache_use_stale 與啟用 proxy_cache_background_update 指令相結(jié)合，指示當(dāng)客戶端請求已過期或正在從原始服務(wù)器更新的項目時，Nginx 會傳遞過時的內(nèi)容。所有更新都將在后臺完成。在完全下載更新的文件之前，將為所有請求返回陳舊文件。
- 與 proxy_cache_lock 啟用，如果多個客戶端請求的文件不在緩存（MISS），只有第一個這些請求是通過原始服務(wù)器的。其余請求等待滿足該請求，然后從緩存中提取文件。如果 proxy_cache_lock 未啟用，會導(dǎo)致緩存未命中的所有請求都將直接發(fā)送到源服務(wù)器。
跨多個硬盤拆分緩存
如果您有多個硬盤驅(qū)動器，可以使用 Nginx 在它們之間拆分緩存。以下示例根據(jù)請求 URI 將客戶端均勻分布在兩個硬盤驅(qū)動器上：
proxy_cache_path /path/to/hdd1 levels=1:2 keys_zone=my_cache_hdd1:10m
max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;
proxy_cache_path /path/to/hdd2 levels=1:2 keys_zone=my_cache_hdd2:10m
max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;
split_clients $request_uri $my_cache {
50% “my_cache_hdd1”;
50% “my_cache_hdd2”;
}
server {
# ...
location / {
proxy_cache $my_cache;
proxy_pass http://my_upstream;
}
}
這兩個 proxy_cache_path 指令在兩個不同的硬盤驅(qū)動器上定義了兩個緩存（my_cache_hdd1 和 my_cache_hdd2）。
split_clients 配置塊指定從一半的請求（結(jié)果50%）被緩存在 my_cache_hdd1 與另一半中 my_cache_hdd2?；?$request_uri 變量的哈希（請求URI）確定每個請求使用哪個緩存，結(jié)果是對給定URI的請求總是緩存在同一緩存中。
請注意，此方法不能替代 RAID 硬盤設(shè)置。如果存在硬盤驅(qū)動器故障，則可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不可預(yù)測的行為，包括用戶看到針對故障硬盤驅(qū)動器的請求的 500 響應(yīng)代碼。適當(dāng)?shù)?RAID 硬盤設(shè)置可以處理硬盤故障。
如何對 Nginx Cache 進(jìn)行檢測
可以在響應(yīng)頭中加入 $upstream_cache_status 變量以進(jìn)行檢測
add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
此示例 X-Cache-Status 在響應(yīng)客戶端時添加 HTTP 標(biāo)頭。以下是可能的值 $upstream_cache_status：
- MISS - 在緩存中找不到響應(yīng)，因此從原始服務(wù)器獲取響應(yīng)。然后緩存響應(yīng)。
- BYPASS - 響應(yīng)是從原始服務(wù)器獲取的，而不是從緩存中提供的，因為請求與 proxy_cache_bypass 指令匹配
- EXPIRED - 緩存中的條目已過期。響應(yīng)包含來自原始服務(wù)器的新內(nèi)容。
- STALE- 內(nèi)容過時，因為源服務(wù)器未正確響應(yīng)但 proxy_cache_use_stale 已配置。
- UPDATING- 內(nèi)容過時，因為條目當(dāng)前正在更新以響應(yīng)先前的請求，并且 proxy_cache_use_stale updating 已配置。
- REVALIDATED- proxy_cache_revalidate 指令已啟用，Nginx 驗證當(dāng)前緩存的內(nèi)容是否仍然有效通過（If-Modified-Since或If-None-Match）。
- HIT - 響應(yīng)直接來自有效的緩存
Nginx 如何確定是否要緩存響應(yīng)
默認(rèn)情況下，Nginx 尊重 Cache-Control 源服務(wù)器的標(biāo)頭。它不緩存響應(yīng) Cache-Control 設(shè)置為 Private，No-Cache 或 No-Store 或 Set-Cookie 在響應(yīng)頭。Nginx 只緩存 GET 和 HEAD 客戶端請求。您可以按照以下答案中的說明覆蓋這些默認(rèn)值。
如果 proxy_buffering 設(shè)置為 off，Nginx 不會緩存響應(yīng)。on 默認(rèn)的。
Nginx 是否可以忽略 Cache-Control
使用 proxy_ignore_headers 指令可以忽略 Cache-Control
location /images/ {
proxy_cache my_cache;
proxy_ignore_headers Cache-Control;
proxy_cache_valid any 30m;
# ...
}
Nginx 忽略 /images/ Cache-Control 下所有內(nèi)容的標(biāo)題。該指令強(qiáng)制緩存數(shù)據(jù)到期，如果忽略標(biāo)頭則需要。Nginx 不會緩存沒有過期的文件。
Nginx 是否可以忽略 Set-Cookie
使用 proxy_ignore_headers 指令即可。
Nginx 如何緩存 POST 請求
使用 proxy_cache_methods 指令：
proxy_cache_methods GET HEAD POST;
此示例啟用了POST請求的緩存。
Nginx 如何緩存動態(tài)內(nèi)容
只要 Cache-Control 標(biāo)頭允許。即使在很短的時間內(nèi)緩存動態(tài)內(nèi)容也可以減少原始服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫的負(fù)載，從而縮短第一個字節(jié)的時間，因為不必為每個請求重新生成頁面。
如何不使用 Nginx 緩存
proxy_cache_bypass 指令
location / {
proxy_cache_bypass $cookie_nocache $arg_nocache;
# ...
}
該指令定義了 Nginx 立即從源服務(wù)器請求內(nèi)容的請求類型，而不是首先嘗試在緩存中找到它。這有時被稱為通過緩存 “打孔”。
Nginx 使用什么緩存密鑰
Nginx 生成的密鑰的默認(rèn)形式類似于以下 Nginx 變量的 MD5 哈希：$scheme$proxy_host$request_uri; 使用的實際算法稍微復(fù)雜一些。
proxy_cache_path /path/to/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=10g
inactive=60m use_temp_path=off;
server {
# ...
location / {
proxy_cache my_cache;
proxy_pass http://my_upstream;
}
}
對于此示例配置，緩存密鑰 http://www.example.org/my_image.jpg 計算為 md5(“http://my_upstream:80/my_image.jpg”)。
請注意，proxy_host 變量用于散列值而不是實際主機(jī)名（www.example.com）。proxy_host 定義為 proxy_pass 指令中指定的代理服務(wù)器的名稱和端口。
要更改用作密鑰基礎(chǔ)的變量，請使用該 proxy_cache_key 指令。
使用 Cookie 作為我的緩存密鑰的一部分
緩存鍵可以配置為任意值，例如：
proxy_cache_key $proxy_host$request_uri$cookie_jessionid;
此示例將 JSESSIONID cookie 的值合并到緩存鍵中。具有相同 URI 但 JSESSIONID 值不同的項目將作為唯一項目單獨緩存。
Nginx 使用 ETag 標(biāo)頭
在 Nginx 1.7.3 及更高版本中，ETag 標(biāo)頭完全支持 If-None-Match。
Nginx 如何處理字節(jié)范圍請求
如果文件在高速緩存中是最新的，則 Nginx 遵循字節(jié)范圍請求并僅向項目客戶端提供項目的指定字節(jié)。如果文件未緩存，或者文件過時，Nginx 會從原始服務(wù)器下載整個文件。
如果請求是針對單個字節(jié)范圍的，則 Nginx 會在下載流中遇到該范圍后立即將該范圍發(fā)送到客戶端。如果請求在同一文件中指定了多個字節(jié)范圍，則 Nginx 會在下載完成時將整個文件傳送到客戶端。
下載完成后，Nginx 會將整個資源移動到緩存中，以便從緩存中立即滿足所有未來的字節(jié)范圍請求，無論是單個范圍還是多個范圍。
請注意，upstream 服務(wù)器必須支持 Nginx 的字節(jié)范圍請求，以支持對該 upstream 服務(wù)器的字節(jié)范圍請求。
Nginx 如何處理 Pragma 標(biāo)頭
在 Pragma:no-cache 報頭由客戶加入到繞過所有中間緩存，直接進(jìn)入到源服務(wù)器的請求的內(nèi)容。Pragma 默認(rèn)情況下，Nginx 不支持標(biāo)頭，但您可以使用以下 proxy_cache_bypass 指令配置該功能：
location /images/ {
proxy_cache my_cache;
proxy_cache_bypass $http_pragma;
# ...
}
Nginx 是否支持標(biāo)頭 stale-while-revalidate 和 stale-if-error 以及擴(kuò)展的 Cache-Control
Nginx 1.11.10 及更高版本中支持。這些擴(kuò)展做了什么：
如果當(dāng)前正在更新 stale-while-revalidate，Cache-Control HTTP 標(biāo)頭的擴(kuò)展允許使用陳舊的緩存響應(yīng)。HTTP 標(biāo)頭的 stale-if-error 擴(kuò)展 Cache-Control 允許在發(fā)生錯誤時使用陳舊的緩存響應(yīng)。這些頭具有比較低優(yōu)先級， proxy_cache_use_stale 指令如上所述。
Nginx 是否支持 Vary 標(biāo)頭
Nginx 1.7.7 以及更高版本中是支持 Vary 標(biāo)頭的 。
結(jié)論
至此，您應(yīng)該很好地理解 Nginx 代理緩存的工作原理以及如何正確配置 Nginx 代理緩存。如果您有任何問題或反饋，請隨時發(fā)表評論。
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
